108
OLEH :
Di bawah bimbingan :
PROF. Drs. SOEGIMIN WAHYU WINATA
J.V.DJOKO WIRJAWAN, Ph.D
BUKU SISWA
UNTUK SMA KELAS X
SEMESTER 2
109
Standar Kompetensi Kompetensi Dasar
Menerapkan konsep dan prinsip kalor, konversi
energi, dan sumber energi berbagai perubahannya
dalam mesin kalor.
a. Melakukan percobaan yang berkaitan
dengan kalor seperti pengukuran kalor
jenis, atau pengukuran suhu, pemuaian,
dan perubahan wujud.
b. Mendeskripsikan cara perpindahan kalor.
SUHU
DAN
KALOR
Pada suhu berapa air membeku? Pada suhu berapa air mendidih?
Mengapa suatu zat mengalami pemuaian? Mengapa percampuran
air panas dan air ledeng menyebabkan perubahan suhu pada air
panas dan air ledeng?
Setelah mempelajari buku ini, siswa dapat menjawab pertanyaan
di atas. Pada buku ini, kamu akan mempelajari suhu, cara
pengukurannya, akibat perubahan suhu, kalor dan perubahan zat,
serta perpindahan kalor.
111
A. SUHU DAN PEMUAIAN
1. TERMOMETER
Jika kita membahas tentang suhu suatu benda,
tentu terkait erat dengan panas atau dinginnya benda
tersebut. Dengan alat perasa, kita dapat membedakan
benda yang panas, hangat atau dingin.
Benda yang panas kita katakan suhunya lebih tinggi
dari benda yang hangat atau benda yang dingin. Benda
yang hangat suhunya lebih tinggi dari benda yang
dingin. Dengan alat perasa kita hanya dapat
membedakan suhu suatu benda secara kualitatif. Akan
tetapi di dalam fisika kita perlu menyatakan panas,
hangat, dingin dan sebagainya secara kuantitatif
(dengan angka-angka).
Secara sederhana suhu didefinisikan sebagai derajad
panas dinginnya suatu benda.Ada beberapa sifat benda
yang berubah apabila benda itu dipanaskan, antara lain
adalah volume zat cair, panjang logam, ,tekanan gas
pada volume tetap dan warna pijar kawat. Sifat-sifat
benda yang berubah karena dipanaskan disebut sifat
termometrik.
Suhu termasuk besaran pokok dalam fisika yang dalam
S.I. bersatuan Kelvin.
Untuk menyatakan suhu suatu benda secara kuantitatif
diperlukan alat ukur yang disebut termometer.
a. Jenis-jenis termometer.
Termometer yang paling umum digunakan dalam kehidupan sehari hari adalah
termometer yang terbuat dari kaca dan diisi dengan zat cair.
1. Termometer zat cair.
Termometer raksa, termometer alkohol, termometer klinis, termometer dinding,
dan termometer maksimum-minimum six.
2. Termometer zat padat.
Termometer bimetal, termometer hambatan, pyrometer optic.
3. Termometer gas.
Mengkalibrasikan termometer dengan skala sembarang.
Memaparkan faktor-faktor yang mempengaruhi besar pemuaian zat padat, zat cair, dan gas.
Membedakan besar pemuaian (panjang, luas dan volume) pada berbagai zat secara kuantitatif.
DEFINISI DAN SATUAN SUHU
Suhu adalah suatu besaran yang
menunjukan derajad panas dinginya
suatu benda. Satuan Suhu dalam SI
adalah Kelvin
1. Bisakah kalian menjelaskan fungsi dari tiap termometer di atas?
2. Mengapa air tidak digunakan sebagai bahan pengisi
termometer? INGIN TAHU??
112
b. Kalibrasi Termometer.
Rian hendak mengukur suhu suatu benda
menggunakan termometer, tetapi ia tidak
dapat menggunakan termometer tersebut
karena termometer ingin gunakan belum
berskala. Dapatkah kalian membantu Rian
untuk memberi skala pada termometer
tersebut?
Tidakkah kamu penasaran bagaimana
ilmuwan kita memberi skala pada
termometer mereka?
Lakukan kegiatan disamping.
Kegiatan 1. Memberi Skala Pada Termometer
Alat dan Bahan
Termometer Celcius dan termometer X(tidak berskala).
Air panas
Kertas millimeter.
Air keran
Spidol. Prosedur Percobaan Prosedur Percobaan 1. Siapkan semua alat yang digunakan dalam percobaan.
2. Masukan temometer Celcius dan termometer air raksa yang
belum berskala (X) ke dalam wadah pertama berupa air panas
yang sudah disediakan terlebih dahulu.
3. Diamkan beberapa saat sehingga permukaan air raksa pada
kedua termometer tidak naik lagi, catat suhu yang ditunjukan
pada termometer Celcius(ta) dan tandai suhu yang ditunjukan
oleh termometer X dengan spidol pada kertas millimeter yang
tertempel pada termometer X (ta’).
4. Keluarkan termometer dan bersihkan termometer, masukkan
ke dalam wadah kedua berupa air keran yang sudah
disediakan.
5. Diamkan beberapa saat sehingga permukaan air raksa pada
kedua termometer tidak turun lagi, catat suhu yang ditunjukan
pada termometer Celcius(tb) dan tandai suhu yang ditunjukan
oleh termometer X dengan spidol pada kertas millimeter yang
tertempel pada termometer X (tb’).
6. Hitunglah jarak antara ta’ dan tb’ yang ditunjukan oleh
termometer X dengan melihat pada skala termometer X
(misalnya 17 mm). Pada skala ini dimana 1 mm = 20X, jika 17
mm berarti 340X.
7. Tetapkan besar suhu atas (ta’) dan suhu bawah(tb’), dengan
selisih skala suhu atas dan bawah sesuai dengan pada langkah
enam(6).
8. Campurkan air panas dan air keran kemudian masukkan
termometer ke dalam wadah tersebut dan diamkan beberapa
saat, catat skala yang ditunjukan pada termometer X dan
konversikan ke dalam suhu(misalanya 12 mm berarti sama
dengan 240X).
9. Hitunglah besar suhu tersebut dengan rumus yang sudah anda
peroleh.
10.Bandingkan suhu pada langkah 8 dan 9.
11.Ulangi percobaan sebanyak 2 kali.
Keterangan:
ta = titik tetap atas termometer Celcius ta’ = titik tetap atas termometer X tb = titik tetap bawah termometer Celcius tb’ = titik tetap atas termometer Celcius
Mengapa saat mengukur suhu,
tang tangan tidak bersentuhan
langsung dengan
termometer??
INGIN TAHU??
113
c. Skala Termometer.
Di bawah ini adalah beberapa jenis termometer yang menggunakan konsep perubahan-
perubahan karena sifat pemanasan.
Perlu diketahui
Proses pemberian skala pada termometer dinamakan kalibrasi. Bagiamana caranya?
Kalian dapat mengkalibrasi termometer dengan langkah-langkah berikut.
a. Menentukan titik tetap bawah (titik lebur).
Masukkan ujung bawah termometer secara tegak lurus ke dalam bejana yang
berisi air murni. Tunggu beberapa saat sehingga permukaan air raksa atau alkohol
pada pipa kapiler sudah tidak berubah lagi.Tuliskan skala yang ditunjukan pada
termometer Celcius(termometer pembanding) dan berilah tanda pada termometer
yang belum berskala dengan spidol sebagai titik tetap bawah.
b. Menetukan titik tetap atas(titik didih)
Masukkan ujung bawah termometer secara tegak lurus ke dalam bejana yang
berisi air panas. Tunggu beberapa saat sehingga permukaan air raksa atau alkohol
pada pipa kapiler sudah tidak berubah lagi.Tuliskan skala yang ditunjukan pada
termometer Celcius(termometer pembanding) dan berilah tanda pada termometer
yang belum berskala dengan spidol sebagai titik tetap atas.
c. Setelah diberikan titik tetap atas dan titik tetap bawah, langkah selanjutnya adalah
menghitung jarak antara titik tetap atas dan titik tetap bawah dengan
memperhatikan pada kertas millimeter yang telah ditempel pada termometer tidak
berskala.
d. Selanjutnya menetapkan konversi skala millimeter ke dalam skala suhu (misalnya
1 mm = 20C). Kemudian tetapkan titik tetap atas dan titik tetap bawah, dimana
selisih suhu antara titik tetap atas dan titik bawah merupakan hasil konversi skala
millimeter ke dalam skala suhu sebelumnya.
Termometer Skala Celcius o Diciptakan oleh Andres Celcius berkebangsaan Swedia pada tahun 1701-
1744
o Titik tetap atas menggunakan air yang sedang mendindih (1000C)
o Titik tetap bawah menggunakan air raksa yang sedang membeku atau es
yang sedang mencair yaitu 0oC.
Termometer Skala Reamur
o Diciptakan oleh Reamur berkebangsaan Prancis pada tahun 1731
o Titik tetap atas menggunakan air yang sedang mendindih (800R)
o Titik tetap bawah menggunakan air yang sedang membeku atau es yang
sedang mencair yaitu 0oR.
114
Gambar 1. Beberapa macam termometer.
Table 1. Hubungan antara termomter Celcius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin.
Celcius Reamur Fahrenheit Kelvin
Titik didih air 100oC 80
oR 212
oF 373
Titik beku air 0oC 0
oR 32
oF 273
Rentang jarak 100 80 180 100
Pembanding 5 4 9 5
Termometer SkalaFahrenheit
o Diciptakan oleh Daniel Fahrenheit berkebangsaan Jerman pada tahun 1686-1736
o Titik tetap atas menggunakan air yang sedang mendindih (2120F)
o Titik tetap bawah menggunakan air yang sedang membeku atau es yang sedang
mencair yaitu 32oF.
Termometer SkalaKelvin
o Diciptakan oleh Daniel Kelvin berkebangsaan Inggris pada tahun 1848-1954
o Titik tetap atas menggunakan air yang sedang mendindih (373 K)
o Titik tetap bawah menggunakan air yang sedang membeku atau es yang sedang
mencair yaitu 273 K.
115
Perbandingan skala keempat termometer tersebut adalah :
Secara umum hubungan antara termometer yang satu dengan yang lainnya adalah sebagai
berikut:
Gambar 2. Perbandingan skala termometer secara umum
1. Suhu sebuah benda 80oC nyatakan suhu benda tersebut dalam derajat Reamur dan derajat
Fahrenheit.
Penyelesaian:
Diketahui: t = 80oC
Ditanya: a) oR = ...?
b) oF = ...?
Jawab :
2. Sebuah termometer X setelah ditera dengan termometer Celcius di dapat 40 O C = 80
O X dan
20 O C = 50
O X. Jika suhu sebuah benda 80
O C, maka berapa
O X
suhu benda tersebut?
Diketahui : 40 O C = 80
O X
20 O C = 50
O X
Ditanya : 80 O C = …… X
Jawab :
Gambar 3
116
2.PEMUAIAN
Dapatkah anda membayangkan apa yang terjadi pada sebuah
benda apabila suhunya berubah? Salah satu yang terjadi adalah
perubahan ukuran benda tersebut. Jika suhu benda naik, secara
umum ukuran benda bertambah. Peristiwa ini disebut pemuaian.
Anda telah mengetahui bahwa setiap zat (padat, cair dan
gas) disusun oleh partikel-partikel yang bergetar. Jika sebuah
benda dipanaskan maka partikel-partikel di dalamnya bergetar
lebih kuat hingga saling menjauh. Kita katakan memuai. Jika
benda didinginkan,getaran-getaran partikel lebih lemah,dan
partikel-partikel saling mendekat,akibatnya benda menyusut.
Karena bentuk zat padat tetap, maka pada pemuaian zat padat dibedakan menjadi tiga
yaitu : pemuaian panjang, pemuaian luas dan pemuaian volume.
1. Pemuaian panjang.
Jika sebuah benda padat dipanaskan , benda tersebut memuai ke segala arah. Artinya
ukuran panjang,luas, dan volumenya bertambah. Untuk benda padat yang panjang tetapi
luas penampangnya kecil, misalnya jarum jahit, kita hanya memperhatikan pemuaian
panjangnya saja.
Untuk pemuaian panjang digunakan konsep koefisien muai panjang atau koefisien
muai linear yang dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang
zat dengan panjang mula-mula zat, untuk kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu.
Jika koefisien muai panjang dilambangkan dengan α dan pertambahan panjang
∆L,panjang mula-mula Lo dan perubahan suhu ∆T, maka koefisien muai panjang dapat
dinyatakan dengan persamaan :
Satuan dari α adalah C -1
atauK-1
Dari persamaan di atas diperoleh persamaan :
di mana ∆L = Lt-Lo
sehingga Lt-Lo = α. Lo. ∆T atau Lt = Lo + α. Lo. ∆T
atau
DEFINISI PEMUAIAN
Pemuaian adalah pertambahan
ukuran zat akibat pemanasan.
Pemuaian terjadi pada zat padat,cair
dan gas
KOEFISIEN MUAI PANJANG
Koefisien muai panjang (α) adalah
bilangan yang menyatakan seberapa
besar pertambahan panjang suatu zat
padat setiap satuan panjang jika
suhunya naik 1 oC
117
dengan :
Lt : panjang akhir benda/pada saat suhu T (m).
∆T : perubahan suhu benda (T-To) (C0 atau K).
Tabel 2. Koefisien Muai Panjang berbagai zat padat pada suhu kamar.
2. Pemuian Luas
Jika zat padat memiliki dua dimensi seperti persegi panjang yang mempunyai panjang dan
lebar, akan mengalami pemuaian ke arah memanjang dan arah melebar. Dengan kata lain
mengalami pemuaian luas.
Analog dengan pemuian panjang, maka jika luas mula-mula Ao, pertambahan luas ∆A dan
perubahan suhu ∆T, maka koefisien muai luas dapat dinyatakan dengan persamaan.
atau
∆A = At – Ao sehingga At – Ao = β.Ao. ∆T
At = luas akhir benda/pada suhu T.
Dengan
3. Pemuaian Volume
Jika benda berbentuk balok dipanaskan, maka akan terjadi pemuaian dalam arah memanjang,
melebar, dan meninggi. Artinya benda padat berbentuk balok mengalami pemuaian volume.
Koefisien pemuaian pada pemuaian volume disebut dengan koefisien muai volume atau koefisien
muai ruang yang diberi lambang γ.
Jika volume mula-mula Vo, pertambahan volume ∆V dan perubahan suhu ∆T, maka koefisien
muai volume dapat dinyatakan dengan persamaan :
KOEFISIEN MUAI LUAS
Koefisien muai luas(β) adalah
bilangan yang menyatakan seberapa
besar pertambahan luas suatu bahan
setiap satuan panjang jika suhunya
naik 1 oC
118
atau
Vt = volum akhir benda/pada suhu T.
Dengan
1. Karena suhunya ditingkatkan dari 00C
menjadi 1000C, sebatang baja yang
panjangnya 1 meter bertambah panjang 1
mm. berapakah pertambahan panjang
sebatang baja yang panjangnya 60 cm jika
dari 100C sampai 130
0C?.
Diketahui: Lo1 = 1 m Gambar 4
Lo2 = 60 cm = 0.6 m
∆L1 = 1 mm
∆T1 = 1000C – 0
0C = 100 C
0
∆T1 = 1300C – 10
0C = 120 C
0
Ditanya ∆L1=…….?
Jawab :
∆L1 = α. Lo1. ∆T1
α =
α =
maka :
∆L2 = α. Lo2. ∆T2
=
(0.6 m). (120 C
0).
= 0.72 mm.
Jadi pertambahan panjang baja jika dipanaskan dari suhu 100C menjadi 130
0C adalah
0.72 mm.
γ = 𝑉
V
Mengapa β = 2α?
Mengapa γ =3α?
INGIN TAHU??
Info fisika
Pertambahan suhu atau
perubahan suhu ∆T
dinyatakan dalam C0 bukan 0C karena 1C0 = 1 K tetapi
10C≠1 K.
KOEFISIEN MUAI VOLUME
Koefisien muai volum(γ) adalah
bilangan yang menyatakan seberapa
besar pertambahan volum suatu
bahan setiap satuan panjang jika
suhunya naik 1 oC
119
2. Sebuah bola berongga terbuat dari perunggu
(α = 18 x 10-6
/C0) pada suhu 0
0C, jari-
jarinya 1 m. Jika bola tersebut dipanaskan
sampai 500C, berapa pertambahan luas
permukaan bola tersebut ?
Diketahui : ro = 1 m
∆T = 500C - 0
0C = 50C
0 Gambar 5
Ao = 4πro2 = 4π(1m)
2 = 4πm
2
Ditanya : ∆T =……?
Jawab :
∆A = β. Ao. ∆T
∆A = 2.18 x 10-6
/C0. 4πm
2. 50C0
∆A = 7.2π x 10-3 m
2
Jadi pertambahan luas permukaan bola adalah 7.2π x 10-3
m2
Pemuaian Volume Zat Cair.
Sifat zat cair adalah selalu mengikuti
wadahnya. Jika air dituangkan ke dalam
botol, bentuk air mengikuti bentuk botol.
Oleh karena itu zat cair hanya memiliki muai
volume. Persamaan untuk pemuaian volume
zat cair sama dengan pemuain volume zat
padat.
Tabel 3. Koefisien muai volum zat cair untuk beberapa jenis zat dalam satuan K-1
Sumber: Fisika, Kane & Sternheim, 1991
Jika gas dipanaskan, maka dapat mengalami pemuaian volum dan juga terjadi
pemuaian tekanan. Dengan demikian pada pemuaian gas terdapat beberapa
persamaan, sesuai dengan proses pemanasannya.
Info fisika
Pernahkan kalian memanaskan air? Pernahkan
anda mengalami air yang tumpah dari wadahya
ketika dipanaskan pada suhu tertentu?.
Hal tersebut terjadi karena pemuaian volume zat
cair lebih besar daripada pemuaian volume zat
padat untuk kenaikkan suhu yang sama.
Diskusikan dengan temanmu,
apa itu anomali air?
INGIN TAHU??
120
a. Pemuaian volume pada tekanan tetap(isobarik).
Gambar 6a. gas di dalam ruang tertutup dengan
tutup yang bebas begerak.
Gambar 6b. gas di dalam ruang tertutup tersebut
dipanasi dan ternyata volume gas memuai
sebanding dengan suhu mutlak. Secara matematik
dinyatakan : V~ T .
Gambar 6.Proses Isobarik atau
= tetap atau
V
= V
.
b. Pemuaian tekanan pada volume tetap(isokhorik).
Gambar 7. gas di dalam ruang tertutup rapat sedang
dipanasi. Jika pemanasan terus dilakukan maka dapat
terjadi ledakan. Hal tersebut dapat terjadi karena
selama proses pemanasan, tekanan gas dalam ruang
tutup tersebut terus memuai. Pemuaian tekanan gas
tersebut sebanding dengan kenaikan suhu gas.
Jadi, pada volum tetap tekanan gas sebanding
dengan suhu mutlak gas. Secara matematik
dinyatakan : P~ T .
Gambar 7.Proses Isokhorik atau
= tetap atau
=
.
c. Pemuaian volume gas pada suhu tetap(isotermis).
Gambar 8a: Gas di dalam ruang tertutup
dengan tutup yang dapat digerakkan dengan
bebas.
Gambar 8b: Pada saat tutup tabung
digerakkan secara perlahan-lahan, agar suhu
gas di dalam tabung tetap maka pada saat
volum gas diperkecil ternyata tekanan gas
dalam tabung bertambah besar dan bila
volum gas diperbesar ternyata tekanan gas
dalam tabung mengecil. Jadi, pada suhu
tetap, tekanan gas berbanding terbalik
dengan volum gas.Pernyataan itu disebut
hukum Boyle. Salah satu penerapan hukum
Boyle yaitu pada pompa sepeda. Dari hukum Boyle tersebut diperoleh:
121
Jika pada proses pemuaian gas terjadi dengan tekanan berubah, volum berubah dan
suhu berubah maka dapat diselesaikan dengan persamaan hukum Boyle - Gay Lussac,
dimana:
1. Sebuah bejana tembaga dengan volum 100 cm3 diisi penuh dengan air pada suhu
30oC. Kemudian keduanya dipanasi hingga suhunya 100
oC.Jika α tembaga adalah 1,8
x 10-5
/oC dan γ air = 4,4 .10-4/
oC, berapa volum air yang tumpah saat itu?
Diketahui: Vo tembaga = Vo air = 100 cm3
∆T = 10oC - 30
oC = 70
oC
α tembaga = 1,8 . 10-5
/oC
(γ tembaga = 5,4 . 10-5
/oC)
γ air = 4,4 .10-4
/oC
Ditanya: V air yang tumpah = ...?
Jawab:
Untuk tembaga
Vt = Vo (1 + γ . ∆T)
Vt = 100 (1 + 5,4 x 10-5 . 70)
Vt = 100,378 cm3
Untuk air
Vt = Vo (1 + γ . Δt)
Vt = 100 (1 + 4,4 x 10-5
. 70)
Vt = 103,08 cm3
Jadi V air yang tumpah = Vt air – Vt tembaga
= 103,08 – 100,378 = 2,702 cm
3
2. Gas dalam ruang tertutup mempunyai tekanan 1 cmHg. Jika kemudian gas tersebut
ditekan pada suhu tetap sehingga volum gas menjadi 1⁄4 volum
mula-mula, berapa tekanan gas yang terjadi?
Penyelesaian:
Diketahui: P1 = 1 atm
V2 = 1⁄4 V1
Ditanya: P2 = ...?
Jawab:
P1 . V1 = P2 . V2
1 . V1 = P2 . 1⁄4V1
P2 = 4 atm.
Berikan contoh peristiwa
sehari-hari!! INGIN TAHU??
122
B. KALOR
1. KALOR
Sendok yang digunakan untuk
menyeduh kopi panas, akan terasa hangat. Leher
anda jika disentuh akan terasa hangat. Apa
sebenarnya yang berpindah dari kopi panas ke
sendok dan dari leher ke syaraf kulit?
Sesuatu yang berpindah tersebut merupakan
energi/kalor.Pada dasarnya kalor adalah
perpindahan energi kinetik dari satu benda yang
bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu
lebih rendah. Pada waktu zat mengalami
pemanasan, partikel-partikel benda akan
bergetar dan menumbuk partikel tetangga yang
bersuhu rendah. Hal ini berlangsung terus
menerus membentuk energi kinetik rata-rata
sama antara benda panas dengan benda yang
semula dingin. Pada kondisi seperti ini terjadi
kesetimbangan termal dan suhu kedua benda
akan sama.
Satuan kalor dalam S.I. adalah Joule dan dalam CGS adalah erg. 1 Joule = 107 erg.
Dahulu sebelum orang mengetahui bahwa kalor merupakan suatu bentuk energi, maka
orang sudah mempunyai satuan untuk kalor adalah kalori.
1 kalori = 4,18 joule atau 1 Joule = 0,24 kal.
a. Pengaruh Kalor Terhadap Suhu.
Gambar 9.Pengaruh kalor tehadap suhu benda.
Dari gambar 9. terlihat bahwa jika satu gelas air panas dicampur dengan satu gelas air
dingin, setelah terjadi keseimbangan termal menjadi air hangat.Hal tersebut dapat
terjadi karena pada saat air panas dicampur dengan air dingin maka air panas
melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan air dingin menyerap kalor sehingga
suhunya naik. Dengan demikian jika terdapat suatu benda yang menerima kalor
suhunya akan naik.
Menganalisis pengaruh kalor tehadap
suhu dan wujud benda. Menerapkan Azas Black secara
kuantitatif.
DEFINISI KALOR
Kalor adalah perpindahan
energi kinetik dari satu benda
yang bersuhu lebih tinggi ke
benda yang bersuhu lebih
rendah.
Dapatkah anda menjelaskan
perbedaan suhu dan kalor?
INGIN TAHU??
123
Pernahkan kalian memanaskan air?
Sebaian besar pasti pernah melakukannya. Semakin lama air dipanaskan
maka suhu air semakin meningkat. Artinya banyaknya kalor(∆Q) diterima
sebanding dengan perubahan suhu (∆T) air.
Demikian juga ketika memanaskan air dengan massa yang berbeda.
Untuk mencapai perubahan suhu (∆T) yang sama, semakin sedikit massa air yang
dipanaskan semakin cepat perubahan suhu tercapai. Ini berarti kalor yang diserap
(∆Q ) semakin sedikit dibandingakan ketika memanaskan air yang massanya lebih
banyak.Hal ini juga menunjukan bahwa massa air berpengaruh terhadap kalor Q
yang dibutuhkan.(air yang bervolume lebih banyak, mempunyai massa yang lebih
besar).Perubahan kalor (∆Q) diukur dari lamanya waktu untuk mencapai
perubahan suhu tertentu (∆T)
Bagaimana jika kalian memanaskan air dan minyak goreng dengan selang
waktu pemanasan yang sama ,apakah kalor yang dibutuhkan sama ? Penasaran
kan? Dengan percobaan ini kalian akan mengetahui selain m dan ∆t,terdapat
faktor yang lain terhadap kalor Q yang diserap.
Kegiatan 2.Hubungan Kalor dan Kalor Jenis
Alat dan Bahan
Termometer Celcius.
Zat cair (air atau minyak goreng)
Gelas pengukur suhu.
Pemanas air.
Stopwatch.
Neraca Prosedur Percobaan a.Siapakan alat yang digunakan dalam praktikum dan rangkai terlebi dahulu,(minta
petunjuk guru) b.Tuangkan zat cair ke dalam wadah pemanas dengan massa tertentu (100 gram),
untuk minyak goreng timbang terlebih dahulu dengan neraca sebanyak 100 gram. c. Masukkan termometer ke dalam wadah berisi air atau ke dalam wadah berisi
minyak goreng,diamkan beberapa saat dan catat suhu sebagai suhu awal (To). d.Nyalakan Bunsen dengan korek api, letakkan wadah berisi air atau minyak goreng di
atas rangkaian Bunsen, panaskan zat cair tersebut selama 3 menit dan catat suhu yang ditunjukan pada skala termometer, selanjutnya catat suhu pada 4 menit dan 5 menit berikutnya.
e.Hitunglah perubahan suhu dengan menghitung selisih suhu awal dan suhu akhir. f. Catat kalor yang diterima (∆Q) dengan mengalikan lamanya waktu pemanasan
dengan label Q yang ada pada Bunsen (misalnya 3 menit X 100 J = 300 J).
124
b. Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor.
Kalor dapat diberikan kepada benda atau diambil darinya. Kalor dapat
diberikan pada suatu benda dengan cara pemanasan dan sebagai salah satu dampak
adalah kenaikan suhunya. Kalor dapat diambil dari suatu benda dengan cara
pendinginan dan sebagai salah satu dampak adalah penurunan suhu.Jadi, salah satu
dampak dari pemberian atau pengurangan kalor adalah perubahan suhu yang diberi
lambang Δt.
Hasil percobaan di atas menunjukkan
bahwa, dari pemanasan air dan minyak goreng
dengan massa air dan minyak goreng yang sama,
dengan selang waktu pemanasan yang sama
ternyata banyaknya kalor yang diserap oleh air dan
minyak kelapa tidak sama.Jadi selain faktor massa
m dan dan perubahan suhu ∆T, kalor juga
bergantung pada kalor jenis.
Untuk membedakan zat-zat dalam hubungannya dengan pengaruh kalor
pada zat-zat itu digunakan konsep kalor jenis yang diberi lambang “c”. Kalor jenis
suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan
untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat itu sebesar satu satuan
suhu. Jika suatu zat yang massanya m memerlukan atau melepaskan kalor sebesar Q
untuk mengubah suhunya sebesar ΔT, maka kalor jenis zat itu dapat dinyatakan
dengan persamaan:
c =
= m c
DEFINISI KALOR JENIS DAN
KAPASITAS KALOR
Kalor jenis adalah kalor yang
diperlukan untuk menaikkan suhu
1 kg suatu zat sebesar 10C.
Kapasitas kalor adalah banyaknya
kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu suatu benda
sebesar 10C.
Dapatkah anda menjelakaskan
perbedaan suhu dan kalor?
INGIN TAHU??
125
Tabel 4. Kalor Jenis Beberapa Zat
Dari persamaan Q = m . c . ΔT, untuk benda-benda tertentu nilai dari m . c
adalah konstan. Nilai dari m . c disebut juga dengan kapasitas kalor yang diberi
lambang "C" (huruf kapital). Kapasitas kalor didefinisikan sebagai banyaknya kalor
yang diperlukan atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu satuan
suhu.
Persamaan kapasitas kalor dapat dinyatakan dengan:
C =
atau ∆Q = C . ΔT
Satuan dari C adalah J/K
Dari persamaan: ∆Q = m . c . ΔT dan ∆Q = C . ΔT
diperoleh:
1. Berapa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang
massanya 10 kg dari 20° C menjadi 100° C, jika kalor jenis besi 450 J/kg?
Diketahui : m = 10 kg
∆T = 100 – 20 = 80° C
C = 450 J/kg
Ditanyakan : Q = ...?
126
Jawab :
∆Q = m × c × ∆T
= 10 × 450 × 80
= 360000 J atau 360 kJ
Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.
2. Sepotong besi yang memiliki massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20° C hingga 120°
C. Jika kalor yang diserap besi sebesar 135 kJ. Tentukan kapasitas kalor besi dan
kalor jenis besi? Diketahui : m = 3 kg
∆T = 120° – 20° = 100° C
Q = 135 kJ.
Ditanyakan : a. C = ...?
b. c = ...?
Jawab :
a. Kapasitas kalor besi
b. Kalor jenis besi
3. Berapakah kalori kalor yang diperlukan untuk memanaskan 2 liter air dari 30oC
menjadi 80oC jika massa jenis air = 1 gram/cm
3 dan kalor jenis air = 1 kal/gr
oC?
Penyelesaian:
Diketahui: V = 2 liter = 2 . 103 cm3
Δt = 80oC – 30
oC = 50
oC
ρ = 1 gram/cm3
c = 1 kal/groC
Ditanya: ∆Q = ...?
Jawab: m = ρ . V = 1 x 2 x 103 = 2 . 10
3 gram
∆Q = m . c . Δt
∆Q = 2 . 103 . 1 . 50
∆Q = 105 kalori.
4. Berapakah kapasitas kalor dari 5 kg suatu zat yang mempunyai kalor jenis
2 kal/groC?
127
Penyelesaian:
Diketahui:m = 5 kg = 5000 gram
c = 2 kal/groC
Ditanya: C = ...?
Jawab: ∆Q = m . c . Δt
∆Q = C . Δt
C = m . c
C = 5000 . 2 = 10.000 kal/oC
c. Azas Black
Anda ketahui bahwa kalor berpindah dari satu benda
yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.
Perpindahan ini mengakibatkan terbentuknya suhu akhir
yang sama antara kedua benda tersebut. Pernahkah Anda
membuat susu atau kopi? Sewaktu susu diberi air panas,
kalor akan menyebar ke seluruh cairan susu yang dingin,
sehingga susu terasa hangat.
Suhu akhir setelah percampuran antara susu dengan air panas disebut suhu
termal (keseimbangan). Kalor yang dilepaskan air panas akan sama besarnya
dengan kalor yang diterima susu yang dingin. Kalor merupakan energi yang dapat
berpindah, prinsip ini merupakan prinsip hukum kekekalan energi. Hukum
kekekalan energi di rumuskan pertama kali oleh Joseph Black (1728 – 1899).
Hukum kekekalan energi yaitu kalor yang dilepaskan oleh air panas (Q lepas)
sama dengan kalor yang diterima oleh air dingin (Q terima). Oleh karena itu,
pernyataan tersebut juga di kenal sebagai asas Black. Joseph Black merumuskan
perpindahan kalor antara dua benda yang membentuk suhu termal sebagai berikut.
Keterangan:
Q lepas : besar kalor yang diberikan (J)
Q terima : besar kalor yang diterima (J)
1. Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100° C dituangkan ke dalam bejana dari
aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 25° C,
kalor jenis aluminium 900 J/kg °C, dan kalor jenis air 4.200 J/kg °C, maka
tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang
mengalir ke lingkungan).
Penyelesaian :
Diketahui :
m bjn = 0,5 kg
m air = 0,5 kg
T air = 100° C
T bjn = 25° C
c air = 4.200 J/kg °C
DEFINISI HUKUM KEKEKALAN
ENERGI
Hukum kekekalan energi yaitu
kalor yang dilepaskan oleh air
panas (Q lepas) sama dengan
kalor yang diterima oleh air dingin
(Q terima).
128
c bjn = 900 J/kg °C.
Ditanyakan : T termal = ...?
Jawab :
Q dilepas = Q diterima
m × cair × ∆T air = m × cbjn × ∆T bjn
0,5 × 4.200 × (100 – Ttermal) = 0,5 × 900 × (Ttermal – 25)
210.000 – 2.100 Ttermal = 450 Ttermal – 11.250
2.550 T termal = 222.250
Ttermal
Jadi, suhu kesetimbangannya adalah 87,1560C.
2. Sebuah kalorimeter dengan kapasitas 80 J/oC mula-mula diisi dengan 200
gram air dengan suhu 100oC. Kemudian ke dalam kalorimeter dimasukkan
lagi sebuah logam yang bermassa 100 gram dengan suhu 40oC. Setelah
tercapai kesetimbangan termal diperoleh suhu akhir campuran 60oC.
Berapakah kalor jenis logam tersebut? (kalor jenis air = 1 kal/groC).(1 J =
0,24 kal) Penyelesaian:
Diketahui: CK = 80 J/oC = 19,2 kal/
oC
tL = 400oC
ma = 200 gram
Ca = 1 kal/groC
ta = tk = 100oC
t = 60oC
mL = 100 gram.
Ditanya cL........?
Jawab :
Kalor yang dilepas oleh : Kalor yang diserap oleh logam:
Kalorimeter :
Q1 = CK . Δt
Q1 = 19,2 . (100-60) = 768 kal.
Air :
Top Related